重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)中關(guān)于車輛載荷的分析

劉星亮

摘 要：在設(shè)計(jì)公路橋梁時(shí)，最重要的參考依據(jù)是車輛的載荷，它與公路橋梁的具體承載能力和經(jīng)濟(jì)價(jià)值有直接關(guān)系。基于此，在設(shè)計(jì)重載交通公路橋梁的過(guò)程中，分析了其與車輛載荷相關(guān)的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：重載交通；公路橋梁設(shè)計(jì)；車輛載荷；載重能力

中圖分類號(hào)：U441+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）20-0110-01

在經(jīng)濟(jì)社會(huì)中，商品和人員流通的加大、加快必然會(huì)帶動(dòng)交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。一些企業(yè)和個(gè)人為了追求利益最大化，不惜冒著生命危險(xiǎn)超載、重載，而超載、重載情況會(huì)嚴(yán)重?fù)p害并降低公共道路的質(zhì)量和使用年限，并且還會(huì)對(duì)車輛駕駛安全造成直接的影響。通過(guò)對(duì)交通公路、橋梁承重能力、車輛荷載能力的分析和探索，明確提出了超載、重載的危害性。

1 重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)

在公路、橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，車輛荷載是設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮、參照的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。車輛荷載的核算主要包括對(duì)各種車輛軸距、車間距、車重和軸重等方面的數(shù)據(jù)分析。荷載效應(yīng)的計(jì)算屬于重載交通公路橋梁的計(jì)算范圍，它是通過(guò)對(duì)公路橋梁實(shí)際使用中應(yīng)承擔(dān)重載交通工具的詳細(xì)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致的分析和計(jì)算，得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，再?gòu)倪@些數(shù)據(jù)中篩選出具有代表性的車輛荷載數(shù)據(jù)和車隊(duì)縱向排列模式，以此計(jì)算在荷載效應(yīng)中重載交通工具的類型。在我國(guó)《公路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范》中，對(duì)因道路不同而產(chǎn)生的車輛荷載效應(yīng)有詳細(xì)的規(guī)定——在設(shè)計(jì)高速公路時(shí)，它的荷載屬于公路Ⅰ級(jí)。在公路Ⅰ級(jí)范圍內(nèi)，荷載包括的交通工具是加重汽車和普通汽車。當(dāng)然，具體情況還要具體分析，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時(shí)代，交通工具多種多樣。根據(jù)歸納和推理法，可將各種類型的汽車都劃分到普通汽車和加重汽車這兩個(gè)類中。

2 車輛荷載計(jì)算分析

車輛荷載計(jì)算含有多個(gè)參數(shù)，例如車重的測(cè)算、軸重、車間距等因素。因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)的使用期限。但是，將這些數(shù)據(jù)直接引入橋梁設(shè)計(jì)的可靠度分析會(huì)加大設(shè)計(jì)人員的工作量。所以，本文通過(guò)對(duì)各種橋梁結(jié)構(gòu)不同跨徑的計(jì)算得出詳細(xì)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，并分析這些數(shù)據(jù)，以獲得具有一定控制作用的各種荷載效應(yīng)。計(jì)算這些數(shù)據(jù)時(shí)，采用的是正常運(yùn)行狀態(tài)和密集運(yùn)行狀態(tài)兩種方式，并且采用了規(guī)定中的標(biāo)準(zhǔn)荷載效應(yīng)值的比值 K 和橋型結(jié)構(gòu)中不同跨徑的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類比、分析的方式，正常運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的是汽車20級(jí)狀態(tài)下的荷載，密集運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的是大于汽車20級(jí)狀態(tài)下的荷載。

2.1 車輛荷載的效應(yīng)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析

在對(duì)比、分析各種數(shù)據(jù)和方案后發(fā)現(xiàn)，實(shí)際測(cè)量正常運(yùn)行的車隊(duì)更符合車輛荷載的實(shí)測(cè)計(jì)算。在選擇橋型結(jié)構(gòu)時(shí)，以效應(yīng)比值進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，相對(duì)來(lái)說(shuō)要求就沒(méi)有那么嚴(yán)格，所以說(shuō)，主要是計(jì)算橋型結(jié)構(gòu)中的簡(jiǎn)支梁和多跨連續(xù)梁。計(jì)算簡(jiǎn)支梁和多跨連續(xù)梁的目的是為了控制截面的彎矩和剪力效應(yīng)，具體的分析步驟如下：①按照國(guó)家制定的標(biāo)準(zhǔn)，在不同的橋型結(jié)構(gòu)、跨徑、效應(yīng)等計(jì)算的效應(yīng)容本中，抽取一定比例的樣本。②以一年的運(yùn)行狀況為周期，一百年的周期為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，由公式求得：FM（x）=[F（x）]T=[F（x）]100.取FM（x）的某一分位值除以現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載效應(yīng)的計(jì)算值，就可以得到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載效應(yīng)比值的無(wú)量綱參數(shù)Ks，這里取FM（x）的0.05和0.95分位值，即取[F（x）]100=0.5 和[F（x）]100=0.95計(jì)算。

2004年，國(guó)家在頒布的新規(guī)范中廢除了四級(jí)汽車車隊(duì)荷載，新規(guī)范中規(guī)定了公路Ⅱ級(jí)和公路Ⅰ級(jí)（即分別相當(dāng)于1989規(guī)范中的汽-20級(jí)和汽-超20級(jí)）。為了使車輛的荷載效應(yīng)計(jì)算更為簡(jiǎn)便，在精簡(jiǎn)車輛荷載等級(jí)的原則上，刪除了車隊(duì)荷載布載，并對(duì)車輛荷載和車道荷載采用了局部效應(yīng)計(jì)算和整體效應(yīng)的計(jì)算方式。

2.2 新規(guī)范對(duì)重載交通車輛荷載的改進(jìn)分析

2.2.1 1989規(guī)范和2004規(guī)范的荷載計(jì)算對(duì)比

在我國(guó)2004年頒布的新規(guī)范中，確定了橋梁沖擊系數(shù)是采用結(jié)構(gòu)基頻的方式?jīng)Q定的，從根本上改變和制約了1989規(guī)范中“橋梁沖擊系數(shù)中是通過(guò)計(jì)算跨徑來(lái)決定的”的要求。針對(duì)1989規(guī)范中只考慮原材料和跨度的因素，在2004規(guī)范中加入了橋型、連接方式和截面等結(jié)構(gòu)基頻等因素作為參數(shù)，從質(zhì)量、阻尼、剛度等方面來(lái)決定橋梁本質(zhì)。也就是說(shuō)，為了更加科學(xué)地設(shè)計(jì)橋梁，只要抓住結(jié)構(gòu)基頻的本質(zhì)，保持基頻是固定的，無(wú)論橋梁的跨度、原材料和橋型等因素有多大的區(qū)別，橋梁本身的動(dòng)力本質(zhì)都沒(méi)有大變化。

2.2.2 修訂了對(duì)橋?qū)挼囊?/p>

為了使計(jì)算更加科學(xué)化、明確化，我國(guó)在2004年的新規(guī)范中加入了針對(duì)不同等級(jí)的道路、橋梁設(shè)計(jì)的車速測(cè)算，并且在設(shè)計(jì)橋梁寬度時(shí)，依據(jù)車速對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣就對(duì)我國(guó)在1989年的規(guī)范中“橋?qū)捴饕且勒丈綆X、平原、丘陵等不同地形的確定和地形本身具有的可改造性來(lái)確定橋?qū)挕钡囊?guī)定有了更進(jìn)一步的說(shuō)明，使其更加明確。

2.2.3 修訂車輛荷載的劃分

隨著時(shí)代的發(fā)展，為了使道路、橋梁更能適應(yīng)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的變化，在我國(guó)頒布的新規(guī)范中，在精簡(jiǎn)了四級(jí)汽車車隊(duì)荷載的基礎(chǔ)上，用公路Ⅱ級(jí)和公路Ⅰ級(jí)（即分別相當(dāng)于1989規(guī)范中的汽-20 級(jí)和汽-超 20 級(jí)）來(lái)取代和明確車輛荷載的計(jì)算方式。為了能夠更加簡(jiǎn)單和科學(xué)地計(jì)算車輛的荷載效應(yīng)，改進(jìn)了車隊(duì)的荷載布載。其中，車輛荷載是指局部效應(yīng)計(jì)算，車道荷載是指整體效應(yīng)計(jì)算。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在2004年我國(guó)頒布的新規(guī)范中，采用結(jié)構(gòu)基頻決定橋梁沖擊系數(shù)的確定條件。這樣使得設(shè)計(jì)計(jì)算更加科學(xué)、簡(jiǎn)便。

參考文獻(xiàn)

[1]孫吉書(shū)，楊春風(fēng)，李寶.基于交通調(diào)查的重載交通公路橋梁設(shè)計(jì)車輛荷載探討[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（01）.

〔編輯：白潔〕